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《科创中国·院士开讲》第二十五期:降伏“吃金属老虎” 让海洋“不生锈”

海洋是生命的摇篮,历史的各个朝代,都有咏颂大海的诗词,它的放荡不羁与静谧深邃也催生了诸多脍炙人口的文艺佳作。然而,在人类与海洋接触的过程中,海水的腐蚀性对我们的工程设施造成了极大的影响,甚至引发各类安全事故。在海洋腐蚀与防护工作者的眼中,大海更像是一只“吃金属的老虎”,如何在海水中做到防腐,就成了一个棘手的难题。
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中国工程院院士、海洋腐蚀与防护学家、中国科学院海洋研究所研究员侯保荣

本期《科创中国·院士开讲》邀请到的是中国工程院院士、海洋腐蚀与防护学家、中国科学院海洋研究所研究员侯保荣,以《让海洋“不生锈” 共筑梦 向未来》为题,侯院士为我们讲述了他与海洋浪花飞溅区的腐蚀情缘。
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 海洋腐蚀猛如虎?



侯保荣院士是我国海洋环境腐蚀与防护领域的学科带头人之一,被业内亲切地称作“海洋防腐卫士”,从业50余年一直致力降伏“吃金属老虎”。

这只“老虎”有多凶猛?侯院士介绍说,几乎所有现役港口、码头等处于严酷环境下的钢铁设施,都面临着严重的腐蚀威胁,它“悄无声息”地进行破坏,一旦发生便不可逆转,甚至酿成重大灾难性事故。

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腐蚀是常见的、同时也是危害巨大的自然现象。中国科学院海洋研究所供图

侯保荣院士曾主持“我国腐蚀状况及控制战略研究”重大咨询项目,并完成我国全面腐蚀调查。他强调,我国2014年的腐蚀成本在2.1万亿元左右,占我国当年国民经济总产值的3.34%,平均每个人约承担1550元的腐蚀成本。按这个比例估算,我国2023年腐蚀成本可高达4.2万亿元!

然而,腐蚀防护远不是一笔简单的经济账,腐蚀防控力度和防腐蚀产业的发展程度,一直是关乎经济、安全、资源节约和生态文明的重大问题。
我国重大海洋基础设施和工程装备,90%以上由钢铁和混凝土材料组成,每年被腐蚀损耗的钢铁和混凝土材料约占全年总产量的十分之一。据统计,每生产1吨钢铁约产生1.83吨二氧化碳,每生产1吨水泥约排放1吨二氧化碳,而若将材料服役寿命由25年提高到100年,二氧化碳排放将降低5倍左右。大力发展防腐蚀产业,对于实现碳达峰、碳中和目标,引领我国经济迈上具有更高质量、更可持续、更为安全的发展之路意义重大。



开展外海长尺试验:破解钢桩腐蚀奥秘



海洋腐蚀环境一般分为大气区、浪溅区、潮差区、全浸区和海泥区。潮差区频繁地涨潮退潮、风吹日晒,一度被认为是腐蚀最严重的区域,可事实是否真的如此?

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1981年发明电连接模拟海洋腐蚀试验装置,在不同区域的腐蚀速率曲线与国内外实海试验对应性好。中国科学院海洋研究所供图

侯保荣院士介绍,要研究海洋钢桩在海洋环境中的腐蚀规律、腐蚀过程和不同区带的防腐蚀方法,首选的实验方法就是在外海开展挂片试验,这样得出的结果才最符合钢桩实际的腐蚀规律。基于此,海洋研究所联合原上海钢铁研究所、上海第三钢铁厂等单位,在国内进行了首次外海长尺挂片试验,力求真实还原海洋环境中钢桩的腐蚀规律。试验团队选择了广西北海、浙江舟山和天津塘沽的海域,在这三个试验点位对不同成分的钢材进行长时间对比实验。通过在海洋大气区、浪花飞溅区、潮差区及全浸区进行试验,团队积累了宝贵的数据,揭示了海洋钢桩腐蚀的真实规律。



降伏“吃金属老虎”



根据这一海洋环境腐蚀规律,如何降伏这个“吃金属老虎”,成为萦绕在侯保荣心头的一大难题。干湿交替、阳光照射、苛刻盐雾环境,常规的腐蚀防护技术难以满足防护需求,既然不能避免潮湿环境和海浪冲击,那就只能直面难题,在防腐技术上下功夫。

通过集中力量对防护脂配方、缓蚀剂成分同时进行改进,与国外相关单位合作研究多层复配,由矿脂防蚀膏、矿脂防蚀带、密封缓冲层和防蚀保护罩组成的复层矿脂包覆防腐蚀技术(PTC)研发而成。

侯保荣院士回忆,在“十二五”国家科技支撑计划项目的支持下,经由近十年的摸索,团队与青岛高新技术企业共同研发的包覆技术生产设备从Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型,发展至可批量稳定生产的Ⅳ型,形成一套完整的自动化生产线,打破国外技术垄断。

如今,PTC技术已经适用于我国全纬度,在北至丹东港、大连北良港、山东港口集团青岛港、上海洋山深水港、杭州湾大桥、海南炼化、南至南海岛礁等近50项国家重大工程中得到应用,确保我国海洋工程以及民生工程高安全运营、长寿命服役。

此外,侯保荣院士团队还针对海洋大气区异型钢结构的腐蚀问题,成功研发了氧化聚合包覆防腐技术(OTC)。这一技术不仅具备了锈转化、水置换和自固化的功能,而且能在极为恶劣的海洋环境中保持长期稳定的防护效果,广泛应用于文昌卫星发射中心、中国天眼FAST等国家重大工程中,保障了这些国之重器的安全可靠运行。
发现腐蚀规律、提出腐蚀机理、形成防腐方案、减少腐蚀损失。50余年来,祖国漫长的海岸线上都留下了他奋斗的身影。想了解更多侯保荣院士逐浪、降住海中“吃金属老虎”的故事,锁定《科创中国·院士开讲》,解锁更多精彩内容。

来源:科创中国

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